【文章概述】

具有分子/离子级超高选择性传输纳米通道的人工纳米流体膜在高效分离、催化、离子整流、生物传感器、能量存储和转换等领域具有广泛的应用前景。目前，据报道的纳米流体膜通常为纳米多孔石墨烯、自组装2D纳米膜、单分子跨膜人工通道及水通道蛋白，纳米流体器件的制备涉及复杂的纳米化学过程，如费力的纳米蚀刻，低效的剥离和模板，此外，高能量消耗和有限的膜尺寸仍然是有待解决的挑战。聚合物材料虽易于合成、成膜性好，但是一般聚合物分子链间容易相互缠绕堆叠，到目前为止，具有高效选择性传输的聚合物纳米流体膜的开发依旧是一个巨大的挑战。

【成果简介】

浙江工业大学高从堦院士团队与北京工业大学安全福教授团队合作提出利用两性离子多巴胺纳米颗粒(ZNPs)的溶液包覆制备一种多孔聚合物模板，沿着ZNPs界面原位合成一层超薄的结晶MOFs，构建具有超高渗透选择性聚合物纳米流体膜，该纳米膜提供更刚性的界面纳米通道，以提高水的流动性和小离子通过膜的选择性运输。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1 ZIF-8@ZNPM纳米流体膜制备和表征。

(a) 制膜工艺示意图。

(b-c) ZIF-8@ZNPM表面和断面SEM图像。

(d-e)从PSF-UF多孔支撑层上剥离的自支撑ZIF-8@ZNPM 的HR-TEM图像和 FFT分析图像。

图2 ZNPs，ZIF-8@ZNPs纳米材料及其膜的微观结构表征。

(a) ZNPs和ZIF-8@ZNPs纳米材料在水分子探测条件下的横向弛豫时间分布谱图。

(b) 吸附在ZNPs和ZIF-8@ZNPs纳米材料上的水分子状态示意图。

(c) 去离子水吸附前后ZNPM和ZIF-8@ZNPM膜的AFM图像。

图3 ZIF-8@ZNPM纳米流体传质行为。

(a) 模拟压力下透过ZNPM和ZIF-8@ZNPM纳米通道的水分子数与时间的关系。

(b) 水分子在ZNPM和ZIF-8@ZNPM纳米通道内的传输速率分布图。

(c) 由分子动力学模拟计算的ZNPM、ZIF-8和ZIF-8@ZNPM的水渗透性。

(d) ZNPM和ZIF-8@ZNPM纳米通道结构及水分子传输模型示意图。

图4 (a) ZNPM, Zn2+@ZNPM, mIM@ZNPM, ZIF-8@ZNPM水渗透性及CR/Na2SO4分离选择性。

(b) ZNPM，ZIF-8@ZNPM水通量与操作压力的关系。

(c) 与文献报道对比，ZIF-8@ZNPM水渗透性和染料/二价盐分离选择性性能分析比较。

(d) ZIF-@ZNPM水渗透性和CR/Na2SO4分离选择性的长期稳定性。

图5 ZNPM和ZIF-8@ZNPM的染料脱盐性能。

（a） ZNPM和ZIF-8@ZNPM对不同种类无机盐的CR/盐选择性。

  （b） Na2SO4浓度对ZNPM和ZIF-8@ZNPM的CR/Na2SO4选择性的影响。

  （c-d） 水渗透率和CR/Na2SO4选择性，以及ZNPM和ZIF-8@ZNPM的 CR 浓缩效率与操作时间的关系。

【奇材馆点评】

本研究论文提出的以两性聚合物纳米粒子为模板诱导界面晶化构建具有超高渗透选择性聚合物纳米流体膜开辟了新途径，实验验证由于刚性且连续的纳米流体通道导致水分子在膜中的超快传输。此项为制工作为开发高性能聚合物纳米流体膜及研究膜孔微结构和纳米流体的传质行为提供新的思路。

【论文信息】

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